1、第2讲 闭合电路欧姆定律 第十章恒 定 电 流一、电源电动势电源是把其他形式的能转化为电能的装置.电源电动势E等于电源没有接入电路时两极间的电压，它表征电源把其他形式的能量转换成电能的本领大小，E由电源本身的性质决定.电动势在数值上等于电路中通过1C电荷量时电源所提供的电能.注意：并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大.因为转化的能量除了与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关.要注意电动势和电势差的区别.电动势对应的是非静电力做功把其他形式的能转化为电能.而电势差对应的是静电力做功把电能转化为其他形式的能，它们对应的能量转化的“方向”不同.关于电动势的下列说法中正确的是(
2、)A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电量做功越多D.电动势大，说明非静电力在电源内部把正电荷从电源负极移到正极移送电量越多AC电源是将其他能量转化为电能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的.所以非静电力做功，电能就增加，因此选项A正确.电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能的能力的物理量.电动势在数值上等于移动单位电量的电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多,也不能说电动势越大，被移动的电量越多.所以选项C正确.二、闭合电路欧姆定
3、律1.内容：闭合电路的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，即IE/(R+r)，常用表达式还有EIRIrUU外，U外E-Ir.2.适用范围：外电路是纯电阻的电路.注意：只适用于外电路为纯电阻的闭合电路.U外E-Ir，既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路.EIRr3.图象：路端电压的U-I图线闭合电路中，电源的电动势E和内阻r可认为是不变的.由UE-Ir可知路端电压U与电路中电流成一次函数的关系.其图象如图10-2-1所示，图线与U轴交点P表示外电路断路时的路端电压，此电压等于电源电动势；图线与I轴交点Q表示外电路短路时的电流，此电流IQE/r；图线斜
4、率绝对值在数值上等于内电阻的大小.图10-2-14.路端电压与负载的关系(1)路端电压：外电路两端的电压叫外电压，也就是电源正、负极间的电压.(2)公式：对纯电阻电路(3)路端电压U外与外电阻R之间的关系,如图10-2-2所示.EUIREIrErRr外图10-2-2当外电阻R增大时，根据可知，电流I减小(E和r为定值)，内电压Ir减小，根据U外E-Ir可知路端电压U增大.当外电阻R减小时，根据可知电流I增大，内电压Ir增大，根据U外E-Ir可知路端电压U外减小.EIRrEIRr注意特殊情况：当外电路断开时，R，I0，Ir0，U外E，此为直接测量法测电动势的依据.当外电路短路时，R0，IE/r(
5、称为短路电流)，U外0.由于一般的电源内阻很小，短路时会形成很大的电流.这就是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因.如图10-2-3所示的电路中，电路消耗的总功率为40W，电阻R1为4，R2为6，电源内阻r为0.6，电源的效率为94.求：(1)ab两点间的电压；(2)电源的电动势.图10-2-3总电流I是联系内、外电路的桥梁，是求解闭合电路问题的关键.一般来说，总电流I可以由闭合电路欧姆定律求得，也可以从外电路和内电路上分别由部分电路欧姆定律求得，还可由电源的总功率、输出功率、内部热功率求得，应根据具体问题具体分析.EIRrUUIIRr端内或电源内部的热功率P内=I2r,又P内=P总(1-),
6、所以由于R1、R2并联，所以由P总=IE可得(1)2APIr总12124.8VabR RUI RR20V.PEI总三、闭合电路中的功率1.电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为：PIE，普遍适用；只适用于外电路为纯电阻的电路.22,EPIRrRr2.电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：P内I2r.3.电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率，计算式为：P出=IU外，普遍适用；只适用于外电路为纯电阻的电路.222,E RPI RRr出4.闭合电路上功率分配关系为：PP内P外,即EIUII2r.闭合电路上功率的分配关系反映了
7、闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能.能量守恒的表达式为：EItUItI2rt,普遍适用；EItI2RtI2rt，只适用于外电路为纯电阻的电路.5.电源的效率：(最后一个等号只适用于外电路为纯电阻电路)，可得，外电阻越大，电源的效率越高.100%100%100%UPRPERr 外出总如图10-2-4所示，直线A为电源的路端电压U与干路电流I的关系图象，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图象，用该电源与该电阻组成闭合电路，则电源的输出功率PW，电源的效率.图10-2-4467由直线B知R=1，由直线A知E=3
8、V,r=3/6=0.5.当两者组成电路后，电流故 P出=I2R=4W，或 PR=P出=UI=22W=4W.3A=2A.10.5EIRr67%.PRPRr 出总6.输出功率与外电阻之间的关系电源的输出功率：由上式可以看出：(1)当Rr时，电源的输出功率最大PmE2/(4r)，此时电源效率50.(2)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小.2222./4REEPUIRrRrRr出(3)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大.(4)当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2r2.(5)P外与R的关系如图10-2-5所示.图10-2-5已知如图10-2-6，E=6V，r=4，
9、R1=2，R2的变化范围是010.求：(1)电源的最大输出功率；(2)R1上消耗的最大功率；(3)R2上消耗的最大功率.图10-2-6(1)R2=2时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W.(2)R1是定值电阻，电流越大功率越大，所以R2=0时,R1上消耗的功率最大为2W.(3)把R1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6，所以，当R2=6时，R2上消耗的功率最大为1.5W.在如图10-2-12所示的闪光灯电路中，电源的电动势为E，电容器的电容为C.当闪光灯两端电压达到击穿电压U时，闪光灯才有电流通过并发光，正常工作时，闪光灯周期性短暂闪光，则可以判定()图10-2-12DA.电源的
10、电动势E一定小于击穿电压UB.电容器所带的最大电荷量一定为CEC.闪光灯闪光时，电容器所带的电荷量一定增大D.在一个闪光周期内，通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等含电容器的电路.电容器两端的电压与闪光灯两端的电压相等，当电源给电容器充电，达到闪光灯击穿电压U时，闪光灯被击穿，电容器放电，放电后闪光灯两端电压小于U，断路，电源再次给电容器充电，达到电压U时，闪光灯又被击穿，电容器放电，如此周期性充放电，使得闪光灯周期性短暂闪光.要使得充电后达到电压U，则电源电动势一定大于等于U，A项错误；电容器两端的最大电压为U，故电容器所带的最大电荷量为CU，B项错误；闪光灯闪光时电容器放电，所带
11、电荷量减少，C项错误；充电时电荷通过R，通过闪光灯放电，故充放电过程中通过电阻的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等.如图10-2-13所示，在水平放置的平行板电容器之间，有一带电油滴P处于静止状态.若从某时刻起，油滴所带的电荷开始缓慢减少，为维持该油滴仍处于静止状态，可采取下列哪些措施()A.其他条件不变，使电容器两极板缓慢靠近B.其他条件不变，使电容器两极板缓慢远离ACC.其他条件不变，将变阻器的滑片缓慢向左移动D.其他条件不变，使变阻器的滑片缓慢向右移动图10-2-13因油滴所带的电荷开始缓慢减少，为维持该油滴仍处于静止状态，即油滴所受电场力的大小不变，即增加电场强度的大小.根据EU/d，
12、其他条件不变，使电容器两极板缓慢靠近，则电场强度增大，故选项A是正确的.其他条件不变，将变阻器的滑片缓慢向左移动，可减小电路中的电阻，增大电路中的电流，可增大R1两端的电压，即可增大两极板间的电压.如图10-2-14所示电路中，当滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中，两表的示数情况为()A.电压表示数增大，电流表示数减小B.电压表示数减小，电流表示数增大C.两电表示数都增大D.两电表示数都减小图10-2-14A闭合电路欧姆定律.由图,P向上滑动则滑动变阻器电阻增大，电路中总电阻增大，总电流减小(R1电压减小，内压减小)，外压增大即电压表示数增大，R2电压增大，R2电流增大，电流表示数减小.如图
13、10-2-15所示是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是()A.路端电压变小B.电流表的示数变大C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大图10-2-15A当滑片向b端滑动时，接入电路中的电阻减小，使得总电阻减小,D错；根据可知总电流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压在减小，A对；流过电流表的示数为可知电流在减小，B错；根据P=I2r，可知内阻 消 耗 的功 率 在增 大，C错.EIR总，3UIR外，如图10-2-16电路中，电阻R19，R215，电源电动势E12V.内电阻r1.求：(1)当电流表示数为0.4A时，变阻器R3的阻值多大
14、?(2)R3阻值多大时，它消耗的电功率最大?(3)R3阻值多大时，电源的输出功率最大?闭合电路欧姆定律.图10-2-16由电路图可知，R2与R3并联后再与R1串联，电流表的示数是表示通过电阻R2的电流，根据串并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案.(1)设干路电流为I，根据并联电路的分流原理：外电路的总电阻由闭合电路欧姆定律得由、式求得R330.3223RIIRR23123R RRRRREIRr(2)设阻值为R3时，它消耗的功率最大为P3，此时电路总外阻为干路电流P3=I32R3由、得：23123R RRRRR EIRr 2323RIIRR 22332333336363625(1236)25(12)RPRRRR 当时消耗的功率最大，即R3=6.(3)设阻值为R3时，电源输出功率最大为Pm，当外电路的总电阻Rr时.电源输出功率最大，因Rr，所以，当R越接近r时输出功率最大.故只有当R30时，R最接近r，此时电源输出功率最大.3336RR2m().EPRRr
